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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL JOÃO ANTONIO M. PAZINATTO ESTUDO COMPARATIVO DE MISTURAS ASFÁLTICAS TIPO SMA EFETUADAS COM ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO E ASFALTO MODIFICADO POR BORRACHA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CAMPO MOURÃO 2014

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

JOÃO ANTONIO M. PAZINATTO

ESTUDO COMPARATIVO DE MISTURAS ASFÁLTICAS TIPO SMA

EFETUADAS COM ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO E

ASFALTO MODIFICADO POR BORRACHA

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

CAMPO MOURÃO

2014

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JOÃO ANTONIO M. PAZINATTO

ESTUDO COMPARATIVO DE MISTURAS ASFÁLTICAS TIPO SMA

EFETUADAS COM ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO E

ASFALTO MODIFICADO POR BORRACHA

Trabalho de Conclusão de Curso de graduação,

apresentado à disciplina de Trabalho de

Conclusão de Curso 2, do curso superior de

Engenharia Civil do Departamento Acadêmico

de Construção Civil – da Universidade

Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR, como

requisito parcial para obtenção do título de

Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador (a): Prof.ª. MSc. Eliana Fernandes dos

Santos

CAMPO MOURÃO

2014

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TERMO DE APROVAÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso Nº 66

ESTUDO COMPARATIVO DE MISTURAS ASFÁLTICAS TIPO SMA EFETUADAS COM

ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO E ASFALTO MODIFICADO POR

BORRACHA

por

João Antonio M. Pazinatto

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi apresentado às 09h00min do dia 05 de Agosto de 2014 como

requisito parcial para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL, pela Universidade Tecnológica

Federal do Paraná. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.

Prof. Me. Adalberto R. de Oliveira

( UTFPR )

Profª. Esp. Sérgio Oberhauser Q. Braga

( UTFPR )

Prof.ª. MSc. Eliana Fernandes dos Santos

(UTFPR)

Orientador

Responsável pelo TCC: Prof. Me. Valdomiro Lubachevski Kurta

Coordenador do Curso de Engenharia Civil:

Prof. Dr. Marcelo Guelbert

A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Curso

Ministério da Educação

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Câmpus Campo Mourão

Diretoria de Graduação e Educação Profissional

Departamento Acadêmico de Construção Civil

Coordenação de Engenharia Civil

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Dedico este trabalho ao meu avô Luiz Jorge Pazinatto, que em todos seus anos

neste mundo semeou humildade e sabedoria.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus por ter me dado a oportunidade de

conhecer este mundo, a minha orientadora Prof.ª MSc. Eliana Fernandes dos

Santos, pela paciência, sabedoria e humildade com que me guiou neste projeto.

Aos meus colegas e professores, em especial ao Wander, Anderson

Lacovic, Anderson Pitol, Gustavo Leme, Alcides de Paula, Luiz Becher e Giovanni

Corelhano.

Gostaria de deixar registrado também o meu reconhecimento aos meus

irmãos Fabrizzia Pazinatto e Luiz Alfredo Pazinatto as minhas tias, Marli pazinatto e

Maristela Pazinatto e minha avó Zezira Pazinatto, que sempre me ajudaram e deram

forças para eu seguir em frente.

Agradeço principalmente a minha mãe, Zenilda Pazinatto, pois acredito que

sem o seu sacrifício, esforço e apoio, seria muito difícil vencer esse desafio.

Enfim, a todos os que estiveram presentes em minha vida por todo esse

tempo e por algum motivo contribuíram para a realização deste projeto.

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De nada serve ao homem conquistar a Lua se acaba por perder a Terra.

(François Mauriac).

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RESUMO

PAZINATTO, João Antonio. Estudo comparativo de misturas asfálticas tipo SMA efetuadas com asfalto modificado por polímero e asfalto modificado por borracha. 2014. 43 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Campo Mourão, 2014.

O trabalho tem por objetivo geral a análise comparativa do teor ótimo e do escorrimento do ligante asfáltico entre duas misturas asfálticas tipo SMA (Stone Mastic Asphalt) efetuadas com agregados procedentes da região de Campo Mourão, Paraná. Para se atingir o objetivo, o trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foram elaboradas duas misturas SMA na faixa granulométrica Alemã 0/11S sendo uma delas efetuada de forma convencional, ou seja, composta por agregados, fíler, asfalto modificado por polímero e fibras de celulose e outra composta por agregados, fíler, asfalto borracha e sem a introdução de fibras de celulose. Para as duas misturas foram obtidos todos os parâmetros fornecidos pela Dosagem Marshall, destacando-se o teor ótimo de ligante. Na segunda etapa, a partir do teor ótimo de ligante encontrado para cada uma das misturas, foi realizado o teste do escorrimento pelo Método de Schellenberg. O teste foi executado para as duas misturas, nos seus respectivos teores ótimos de ligante, a fim de verificar a viabilidade técnica da exclusão das fibras de celulose em misturas SMA complementarmente ao uso de asfalto borracha, que apresenta maior viscosidade, em substituição ao asfalto modificado por polímero. Os ensaios foram todos realizados em laboratório seguindo as normas vigentes do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes).

Palavras-chave: Mistura asfáltica SMA. Faixa granulométrica. Asfalto modificado por polímero. Asfalto-borracha.

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ABSTRACT

PAZINATTO, João Antonio. Comparative study of asphalt mixtures SMA made with polymer modified asphalt and rubber modified asphalt. 2014. 43 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Federal Technology University - Paraná. Campo Mourão, 2014.

The work has the objective comparative analysis of the optimal content and draining asphalt binder between two asphalt mixtures SMA (Stone Mastic Asphalt) made with aggregates coming from the region of Campo Mourão, Paraná. To achieve the goal, the work was divided into two stages. In the first step, two mixtures were prepared SMA particle size in the range German 0/11S one being effected conventionally, ie, composed of aggregates, fillers, and polymer modified asphalt and other cellulose fibers composed of aggregates, fillers, asphalt rubber and without the introduction of cellulose fibers. For both mixtures all parameters provided by Dosage Marshall, highlighting the great binder content were obtained. In the second step, as the optimum binder content found for each mixture, the drip test method by Schellenberg was performed. The test was run for the two mixtures at their respective optimum levels of binder in order to check the technical feasibility of excluding the cellulose fibers in blends complementary to the use of rubberized asphalt, which has higher viscosity, replacing the modified asphalt SMA polymer. The tests were all performed in the laboratory according to prevailing regulations DNIT (National Department of Transport Infrastructure).

Keywords: SMA asphalt mixture. Particle size range. Polymer modified asphalt. Asphalt-Rubber.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Evolução da rede rodoviária ................................................................... 17

Tabela 2 – Classificação da geometria da via .......................................................... 18

Tabela 3 – Parâmetros para projeto SMA ................................................................ 22

Tabela 4 – Características do SMA 60/85 ................................................................ 25

Tabela 5 – Características do asfalto Borracha ........................................................ 26

Tabela 6 – Granulometria dos agregados ................................................................. 28

Tabela 7 – Mistura dos agregados ............................................................................ 28

Tabela 8 – Porcentagem de materiais utilizados na mistura ..................................... 28

Tabela 9 – Tabela de cálculo para metodologia Marschall (com fibra) ..................... 38

Tabela 10 – Parâmetros do SMA modificado por polímero ....................................... 41

Tabela 11 – Tabela de cálculo para metodologia Marschall (asfalto-borracha) ........ 43

Tabela 12 – Parâmetros do SMA com asfalto-borracha ............................................ 46

Tabela 13 – Resultados do teste de Schellemberg ................................................... 47

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Fotografia 1 – Via oatilense, ligando Óstia a Roma .................................................. 16

Fotografia 2 – Pesagem da amostra imersa em água ............................................... 30

Fotografia 3 – Mistura dos agregados na estufa ....................................................... 31

Fotografia 4 – Processo da mistura do cap com os agregados................................. 32

Fotografia 5 – Compactação dos corpos-de-prova ................................................... 32

Fotografia 6 – Desmolde dos corpos-de-prova ......................................................... 33

Fotografia 7 – Corpo-de-prova em “banho-maria” ..................................................... 33

Fotografia 8 – Rompimento dos corpos de prova establidade .................................. 34

Fotografia 9 – Rompimento dos corpos de prova (diametral).................................... 34

Fotografia 10 – Pesagem da mistura ........................................................................ 35

Fotografia 11 – Béquer na estufa .............................................................................. 35

Fotografia 12 – Esvaziamento do béquer .................................................................. 36

Figura 1 – Exemplo de granulometria dos agregados ............................................... 20

Figura 2 – Exemplo de mistura com aditivo e sem aditivo ........................................ 25

Gráfico 1 – Evolução das rodovias Federais pavimentadas ...................................... 19

Gráfico 2 – Faixas granulométricas ........................................................................... 20

Gráfico 3 – Mistura utilizada ...................................................................................... 29

Gráfico 4 – V.V X teor de ligante polímero ................................................................ 39

Gráfico 5 – Densidade aparente X teor de ligante polímero ...................................... 39

Gráfico 6 – R.B.V X teor de ligante polímero............................................................. 40

Gráfico 7 – V.A.M X teor de ligante polímero ............................................................ 40

Gráfico 8 – Estabilidade X teor de ligante polímero .................................................. 40

Gráfico 9 – Fluência X teor de ligante polímero ........................................................ 41

Gráfico 10 – Resistência a tração X teor de ligante polímero ................................... 41

Gráfico 11 – V.V X teor de ligante borracha .............................................................. 44

Gráfico 12 – Densidade aparente X teor de ligante borracha ................................... 44

Gráfico 13 – R.B.V X teor de ligante borracha .......................................................... 44

Gráfico 14 – V.A.M X teor de ligante borracha .......................................................... 45

Gráfico 15 – Estabilidade X teor de ligante borracha ................................................ 45

Gráfico 16 – Fluência X teor de ligante borracha ...................................................... 45

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Gráfico 17 – Resistência a Tração X teor de ligante borracha .................................. 46

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 10

2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 12

2.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 12

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 12

3 JUSTIFICATIVA ..................................................................................................... 13

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 15

4.1 HISTÓRICO DA PAVIMENTAÇÃO ..................................................................... 15

4.2 PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA NO BRASIL ....................................................... 17

4.2.1 PAVIMENTAÇÃO COM CBUQ ........................................................................ 19

4.3 PAVIMENTOS COM MISTURA SMA .................................................................. 20

4.3.1 Misturas SMA com asfalto-borracha ................................................................ 23

4.3.2 Metodologia Marshall ...................................................................................... 24

4.3.3 Características de misturas do tipo SMA ......................................................... 25

5 METODOLOGIA .................................................................................................... 28

5.1 COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MISTURA DE AGREGADOS ............ 28

5.1.1 DENSIDADE DOS AGREGADOS .................................................................... 30

5.2 METODOLOGIA MARSHALL ............................................................................. 31

5.3 TESTE DE SCHELEMBERG .............................................................................. 35

6 RESULTADOS ....................................................................................................... 38

6.1 RESULTADOS DA METODOLOGIA MARSHALL .............................................. 38

6.1.1 MISTURA SMA MODIFICADA POR POLÍMERO 60/85-E ............................... 38

6.1.2 MISTURA SMA MODIFICADO POR BORRACHA AB8 ................................... 43

6.2 RESULTADOS DA METODOLOGIA DE SCHELEMBERG ................................ 47

7 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 49

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 51

APÊNDICE A – Características do CAP modificado por polímero 60/85-E.........53

APÊNDICE B – Características do CAP com borracha AB8.................................55

APÊNDICE C – Características dos agregados.....................................................57

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1 INTRODUÇÃO

Um dos grandes objetivos de se iniciar novas pesquisas e projetos no

mundo todo e em todas as áreas, em um modo geral, é de agrupar tecnologia com

conservação ambiental, ou seja, levar a inovação junto com a reutilização de dejetos

e resíduos jogados na natureza. Em se tratando de asfalto, não só no Brasil, as

últimas décadas trouxeram várias pesquisas inovadoras, uma delas foi de adicionar

a borracha de pneus não mais utilizáveis ao ligante asfáltico com a finalidade de

diminuir o processo de fadiga em pavimentos flexíveis.

Outras pesquisas desenvolveram mudanças nas faixas granulométricas das

misturas com o intuito de minimizar problemas de deformações permanentes.

O SMA (Stone Mastic Asphalt, terminologia mais utilizada na Europa, ou

Stone Matrix Asphalt, terminologia mais utilizada nos EUA) é um tipo de mistura

asfáltica usada como revestimento de pavimentos rodoviários e de aeroportos,

desenvolvida na Alemanha no final da década de 60 (NAPA, 2002).

No Brasil o revestimento asfáltico mais utilizado é o CAUQ (Concreto

Asfáltico Usinado a Quente), que é um revestimento asfáltico normalmente

composto por agregado graúdo (brita e pedrisco), agregado miúdo (pó de pedra e/ou

areia), e um ligante ásfáltico (CAP- Cimento Asfáltico de Petróleo), obtido a partir da

destilação fracionada do petróleo.

Porém, devido ao crescimento econômico do país e à necessidade de se

transportar grandes cargas pelos veículos comerciais que transitam em nossas

rodovias, os pavimentos compostos por revestimentos de CAUQ convencional

sofrem com as freqüentes deformações permanentes.

O revestimento de SMA é composto por asfalto modificado com polímero,

sendo que seu diferencial é a granulometria descontínua, composta por uma maior

fração de agregados graúdos britados de alta qualidade (entre 70% e 80%), uma

rica massa de ligante/fíler (10% passando na peneira nº 200), chamada de mastique,

e aproximadamente 4% de vazios.

Devido à composição granulométrica, este tipo de mistura possui menor

suscetibilidade à deformação permanente, uma vez que as altas porcentagens de

agregados graúdos formam um esqueleto pétreo, preenchido pelo mastique, onde

os grãos de agregados maiores se tocam promovendo maior estabilidade à mistura.

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No entanto, devido à descontinuidade mistura e em virtude destas

necessitarem de um maior teor de ligante asfáltico para preencher os vazios entre os

agregados maiores, no processo de mistura e aplicação da massa asfáltica, há

grande probabilidade de ocorrer escorrimento do ligante da mistura. Para evitar o

problema é adicionado ao SMA fibras, como celulose que são as mais utilizadas

atualmente e apresentam bons resultados quanto a manter a homogeneidade do

SMA no processo de mistura e aplicação.

Atualmente, uma alternativa que vem se estudando no Brasil é o emprego

do asfalto modificado com borracha de pneus reciclados nas misturas SMA com o

intuído de se eliminar o uso de fibras de celulose, uma vez que este tipo de ligante

apresenta uma viscosidade maior do que o asfalto modificado com polímero.

Sendo assim, o trabalho proposto tem por objetivo a análise comparativa do

teor ótimo e do escorrimento do ligante asfáltico entre duas misturas asfálticas tipo

SMA (Stone Mastic Asphalt) efetuadas com agregados procedentes da região de

Campo Mourão, Paraná. Para atender ao objetivo o trabalho será dividido em duas

etapas. Na primeira etapa será formulada uma mistura SMA (convencional)

composta por agregados, fíler, asfalto modificado por polímero e fibras de celulose, e

uma outra mistura composta por agregados, fíler, asfalto modificado por borracha e

sem a utilização das fibras de celulose. As duas misturas serão enquadradas na

faixa granulométrica alemã 0/11S e será utilizado o mesmo traço para ambas.

O teor ótimo para as misturas será determinado pela Metodologia Marshall

definida pela norma: DNER-ME 043/95 – Misturas Betuminosas a quente: Ensaio

Marshall, que além do teor ótimo de ligante fornece outros parâmetros da mistura

como densidade aparente, volume de vazios, vazios cheios com betume, volume de

vazios nos agregados minerais, relação betume-vazios, estabilidade, fluência e

resistência à tração por compressão diametral.

De posse do teor ótimo de ligante para as misturas estudadas será

executado o teste do escorrimento do ligante asfáltico para as mesmas na referida

condição, através do Método de Schellenberg designado pela norma européia EN

12697-18.

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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Analisar e comparar o comportamento quanto ao teor ótimo de ligante

asfáltico e escorrimento entre duas misturas asfálticas tipo SMA, ambas elaboradas

com a mesma faixa granulométrica, porém uma composta por agregados, filer,

asfalto modificado com polímero e fibras de celulose e a outra efetuada com a

exclusão das fibras e adicionado o ligante asfalto-borracha.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Com agregados procedentes da região de Campo Mourão, elaborar uma

mistura de agregados de forma a enquadrá-la em uma faixa granulométrica

para misturas SMA;

Com a mistura de agregados, compor duas misturas asfálticas tipo SMA, com

traços idênticos, sendo uma mistura preparada com asfalto modificado por

polímero e fibras de celulose na sua composição e outra mistura preparada

com asfalto modificado por borracha com a exclusão das fibras de celulose;

Para as duas misturas asfálticas, efetuar a Metodologia Marshall a fim de

determinar o teor ótimo de ligante para ambas bem como os demais

parâmetros fornecidos pela referida Metodologia;

De posse do teor ótimo de ligante das duas misturas, realizar o teste do

escorrimento do ligante asfáltico para ambas, nestas condições, com a

finalidade de avaliar o comportamento das misturas quanto ao escorrimento

do material betuminoso e desta forma verificar, para as misturas em estudo, a

viabilidade técnica de se utilizar o asfalto modificado por borracha em

substituição às fibras de celulose e o asfalto modificado por polímero.

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3 JUSTIFICATIVA

Desde as primeiras malhas rodoviárias implantadas pelo mundo todo, várias

pesquisas e projetos foram iniciados e analisados para uma melhoria no sistema

rodoviário. Desde a era Romana, o estudo e programas de desenvolvimento de

estradas eram muito discutidos, por se tratar de um fácil meio de locomoção e para

alcançar o interligamento de cidades ao redor, claramente por se tratar de questões

políticas. No entanto, as primeiras malhas viárias eram muito pobres, ou seja, para

sua construção se usava de métodos muito primordiais e eram construídas muito

vagarosamente, porém sabia-se que era de grande importância construí-las e

expandir ligamentos por todo o império, ou até mesmo ligar cidades a outras

pensando em adquirir novas terras.

Tratando-se de uma era contemporânea, as rodovias evoluíram conforme se

foram criando novas tecnologias e novos métodos de construir estradas. No entanto,

o problema agora encontrado era de se criar rodovias que suportem os novos tipos

de veículos e que sejam de uma forma geral mais econômica financeiramente. Até

hoje as rodovias tem uma grande importância, por se tratar do principal meio de

transporte para a população de um modo geral.

Sabendo-se da precariedade encontrada no sistema viário do Brasil, o

estudo de comparação entre o comportamento de pavimentos com ligantes

diferentes, no caso de se incluir a borracha de pneus não mais utilizáveis ao

pavimento asfáltico vem para acrescer os estudos e projetos e dar uma visão ampla

e transformadora nos programas de construções de rodovias criados pelo governo.

Da mesma forma que se melhora o comportamento do pavimento, também adere

uma ideia ambiental junto ao estudo. Sabe-se também que o meio de transporte

mais utilizado no Brasil é o rodoviário, é pelas rodovias brasileiras que se transporta

a grande parte da matéria prima e grãos produzidos por todos os estados, até

chegarem aos portos localizados no litoral, onde estes produtos serão exportados,

assim sendo, o estudo de se revelar novas possibilidades de pavimentos asfálticos e

possibilitar uma melhoria na malha viária brasileira juntamente com a ideia de se

reutilizar pneus pode possibilitar e muito o crescimento e desenvolvimento de todo

um país que depende tanto das rodovias.

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Devido a essa grande importância das malhas viárias implantadas no Brasil,

o estudo e as pesquisas para melhorias no sistema avançam cada vez mais e junto

leva-se o interesse ambiental. A maioria dos pavimentos brasileiros é do tipo flexível,

ou seja, seu revestimento é composto por agregados e ligantes asfálticos.

Dentre os principais problemas detectados neste tipo de pavimento destaca-

se a deformação permanente. Para minimizar este problema empregam-se misturas

do tipo SMA que normalmente utilizam fibras de celulose na sua composição, sendo

este material de custo elevado no Brasil, devido à importação.

Portanto a ideia e a pesquisa de incluir o ligante asfalto-borracha na mistura

tipo SMA em substituição ao asfalto modificado por polímero e as fibras de celulose

vêm para tentar viabilizar mais a técnica e a utilização deste tipo de mistura no país.

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4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 HISTÓRICO DA PAVIMENTAÇÃO

Segundo a ABEDA (2013), uma das mais antigas estradas pavimentadas

implantadas não se destinou a veículos com rodas, mas a trenós para o transporte

de cargas. Para a construção das pirâmides no Egito (2600-2400 a.C.), foram

construídas vias com lajões justapostos em base com boa capacidade de suporte.

Umas das mais importantes estradas da antiguidade é a estrada da Seda,

uma das rotas de comércio mais antigas e historicamente importantes devido a sua

grande influência nas culturas da China, Índia, Ásia e também do Ocidente. Sua

localização é na região que separa a China da Europa e da Ásia, nas proximidades

de um dos mais hostis ambientes do planeta, o deserto de Taklimakan, cercado ao

norte pelo deserto de Gobi e nos outros três extremos pelas maiores cadeias de

montanha do mundo, Himalaia, Karakorum e Kunlun.

A partir do século II depois de Cristo, placas de pedras maiores começaram

a ser mais usadas no império romano, onde que se teve um maior numero de

estradas construídas depois de uma longa era. No caso da Roma, a ideia central de

se construir vias terrestres, era de poder ligar pontos estratégicos do seu império

para possibilitar a entrada do exercito em novas terras. Dessa forma a Roma entra

também na história da pavimentação, pois lá que se começaram os estudos de

melhorias e construções em pontos estratégicos e ainda hoje algumas dessas

virtudes romanas se leva em consideração de um planejamento rodoviário.

Com o intuito de expandir o império romano, buscou-se um conhecimento

viário mais apurado. Das vias romanas, a Via Ápia, foi a primeira pavimentada a ser

nomeada em homenagem a seu construtor, Appius Claudius, que criou em 312 a.C.,

durante a segunda Guerra Samnita. O objetivo era ligar Roma a Cápua (195 km),

permitindo ao exército romano chegar rapidamente, durante o período não

invernoso, às áreas de Campania e Samnium, retornando a Roma no inverno. Após

o sucesso da Via Ápia, foi realizada uma série de outros projetos viários. A

Fotografia 01 traz uma foto nos dias atuais da Via Ostiense que ligava Óstia a Roma.

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Fotografia 01 – Via Oatilense, ligando Óstia a Roma Fonte: Programa Asfalto na Universidade / Formação Básica para Engenheiros, 2008, p.14

Uma das primeiras estradas no Brasil teve início em 1560, à época do

terceiro governador-geral do Brasil, Mem de Sá. Trata-se do caminho aberto para

ligar São Vicente ao Planalto Piratininga. Porém as grandes rodovias só vieram com

força nos meados da década de 30. Destaca-se em 1937 a criação, pelo presidente

Getúlio Vargas, do Departamento Nacional de Estradas de Rodagem (DNER),

subordinado ao Ministério de Viação e Obras Públicas. Na década de 1940

observou-se um avanço de pavimentação fruto da tecnologia desenvolvida durante a

2ª Guerra Mundial.

Durante o governo militar (1964-1984), entre os projetos de estradas de

destaque estão a Rodovia Transamazônica e a Ponte Rio-Niterói. Neste período

houve um grande investimento nas rodovias e um grande desenvolvimento no

sistema viário do país, no entanto a grande maioria das rodovias ainda segue sem

infraestrutura, pois continuam pela maior parte sem serem pavimentadas. Segundo o

ministério dos transportes, Em 1985, o Brasil contava com aproximadamente

110.000 km de rodovias, em 1993 saltou pra 133.000 km de rodovias pavimentadas.

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A Tabela 1 ilustra esse crescimento, apenas não inclui a rede viária municipal,

que é responsável pela maior parte de rodovias não pavimentadas do país.

TABELA 1 – Evolução da Rede Rodoviária

Fonte: Ministério dos Transportes (2008, p. 20)

Para ilustrar melhor o atraso do país em relação aos investimentos na área

de infraestrutura, principalmente na pavimentação, em 1998 o consumo de asfalto

por ano nos Estados Unidos era de 27 milhões de toneladas, tendo ultrapassado 33

milhões em 2005. No Brasil, somente nos últimos 2 anos é que este consumo

retomou a marca de 1998 de cerca de 2 milhões de toneladas por ano, revela o

programa asfalto na universidade, criado pela iniciativa da ABEDA (Associação

Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto).

4.2 PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA NO BRASIL

Segundo dados do Geipot (2010), aproximadamente 60% do transporte de

cargas realizado no Brasil é rodoviário. O modal ferroviário responde por 21%, o

aquaviário por 14%, o dutoviário por 5% e o aéreo por menos de 1%. O modal de

transporte rodoviário encontra-se em parte em estado deficiente, sendo os

investimentos nas rodovias prioritários neste momento, não apenas por ser o modal

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mais utilizado, mas por exigir menor investimento quando comparado aos demais

modais. Destaca-se ainda que pelo modal rodoviário circule 96% dos passageiros.

Conforme o SNV (2011) existem no país 1.713.885 Km de rodovias, dos

quais apenas 202.589 km pavimentados, isto é, 11,8% da malha. Entre as rodovias

pavimentadas, 64.912 km são federais. Destes, apenas 8% são de pista dupla

(5.203 km), e 2,1% (1.376 km) são vias em fase de duplicação. Através da pesquisa

do SNV, rodovias deficientes aumentam o custo de manutenção dos veículos, alem

do consumo de combustível, lubrificantes, pneus e freios. De acordo com a pesquisa

se o pavimento de todas as rodovias tivesse classificação boa ou ótima, em 2013,

seria possível uma economia de até 5% no consumo de combustível, o que

representa 661 milhões de litros de óleo diesel (R$ 1,39 bilhão) e uma redução da

emissão de 1,77 megatonelada de gás carbônico, principal gás do efeito estufa.

Através destes dados se chega à conclusão de que apesar do Brasil investir

milhões de reais em estradas e criar vários programas para o desenvolvimento

viário, não há o resultado esperado em função do volume de recursos aplicados na

área. Assim sendo a CNT (2011), dispôs uma tabela que indica a percentagem das

rodovias em gestão públicas e concedidas no Brasil, na seqüência de ótimo até ao

estado de péssima qualificação, conforme mostra a tabela a seguir.

Tabela 2 – Classificação da Geometria da Via – Gestões Concedidas e Públicas

Fonte: Confederação Nacional do Transporte / pesquisa CNT de Rodovias (2013, p. 83)

De acordo com a pesquisa realizada pela Confederação Nacional dos

Transportes (CNT), entre os anos de 2004 e 2013, a extensão da malha rodoviária

federal pavimentada cresceu apenas 12,1%, passando de, aproximadamente, 59 mil

km para pouco mais 64,9 mil km. O gráfico 1, mostra a evolução da extensão das

rodovias federais pavimentadas entre os anos de 2004 a 2013.

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GRÁFICO 1 – Evolução das Rodovias Federais Pavimentadas (2004-2013) Valores em mil km.

Fonte: Confederação Nacional do Transporte / pesquisa CNT de Rodovias 2013 (2013, p.11)

Pode se notar através destes dados que situação no Brasil em relação ao

transporte rodoviário não se caminha de forma coerente, ou seja, de alguma maneira

o investimento feito não esta sendo bem aplicado, pois a maioria das rodovias ainda

se encontra em situação precária por todo território nacional e a evolução das

rodovias pavimentadas cresce muito pouco em relação ao ritmo do crescimento

econômico do país.

4.2.1 Pavimentação com CBUQ

Concreto Asfáltico Usinado a Quente (CAUQ), é um dos tipos de

revestimentos asfálticos mais utilizados nas vias urbanas e rodovias brasileiras. Os

pavimentos são estruturas compostas por múltiplas camadas, sendo que o

revestimento é a camada responsável por receber e transmitir a carga dos veículos,

além de servir de proteção contra o intemperismo.

O CAUQ é normalmente composto por um agregado miúdo (areia), agregado

graúdo (brita) e um ligante (CAP - Cimento Asfáltico de Petróleo), obtido

da destilação fracionada do petróleo. A mistura dos agregados com o ligante é

realizada à quente em uma usina de asfalto e transportada até o local de sua

aplicação por caminhões especialmente equipados onde é lançado por equipamento

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adequado chamado de vibroacabadora. Após seu lançamento a mistura é

compactada por rolos compactadores até atingir a densidade especificada em

projeto.

4.3 PAVIMENTOS COM MISTURA SMA

Segundo CAHPI (2010), a mistura asfáltica tipo SMA (Stone Matrix Asphalt

ou Stone Mastic Asphalt), foi originária na Alemanha no final da década de 1960 sob

a denominação “splittmastixasphalt”, que teve como objetivo principal reduzir o

desgaste superficial e, as deformações permanentes. Trata-se conforme significado

do nome Stone Mastic Asphalt, SMA, em inglês, (Agregado, Argamassa e Asfalto),

de uma mistura asfáltica com elevado teor de agregados graúdos compondo a

estrutura ou o esqueleto mineral e descontinuamente uma argamassa composta de

uma elevada porcentagem de finos (filler, pó de pedra, fibra de celulose e ligantes

asfálticos modificados por polímero). O comportamento em serviço destas misturas

se dá através de uma estrutura composta por agregados duros, unidos através de

elevada coesão de uma argamassa asfáltica, que preenche os vazios dos

agregados. As misturas dos tipos CAUQ possuem uma faixa granulométrica

contínua enquanto o SMA é uma mistura descontínua, conforme ilustram a Figura 1

e o Gráfico 2 a seguir.

Figura 1 – Exemplo da Granulometria de Agregados utilizados em uma Mistura de CAUQ

Convencional (Faixa MIX IV B) e uma Mistura SMA (Faixa Alemã 0/8S)

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Fonte: BERNUCCI, Liedi B.; MOTTA, Laura G.; CERATTI, Jorge A.; Pavimentação Asfáltica.

GRÁFICO 2– Exemplo de Faixas Granulométricas de CBUQ e SMA

Fonte: BERNUCCI, Liedi B.; MOTTA, Laura G.; CERATTI, Jorge A.; Pavimentação Asfáltica.

De acordo com o DER-PR (2012), a mistura SMA traz um aumento de

resistência à deformação assegurada devido ao seu esqueleto pétreo e elevado

atrito interno. Resistente a deformação plástica em razão da combinação de

esqueleto pétreo de agregado graúdo, que promove aumento no atrito interno e ao

deslocamento transmitido por ligante modificado com polímero e fibra de celulose.

Trás também uma excelente resistência à derrapagem e redução do ruído devido ao

elevado teor de agregados graúdos, formando uma macro-textura rugosa que

provoca aderência aos pneus. Menor spray de água, permitindo maior visibilidade

durante a chuva.

Segundo Neves Filho, Bernucci e Júnior (2008), as misturas SMA possuem

uma película de ligante asfáltico mais espessa, com teor entre 1% e 1,5% superior

ao de concretos asfálticos convencionais, com o objetivo de evitar o desgaste dos

agregados causado pelo contato grão a grão. O teor de ligante mais elevado faz

com que seja necessário o uso de aditivos, geralmente polímeros e/ou fibras,

buscando-se um aumento na consistência do ligante asfáltico.

No Brasil, os projetos de misturas asfálticas são feitos quase que

exclusivamente em acordo com a metodologia Marshall, este método foi

desenvolvido na década de 30 por Bruce G. Marshall, do Departamento de

Transporte do Estado do Mississipi nos Estados Unidos (ROZEK; HIRSCH;

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SPECHT, 2006). Este método de dosagem de misturas asfálticas que consiste na

moldagem por compactação a quente de uma série de corpos-de-prova com

diferentes percentagens de ligantes para avaliar sua resistência à compactação. O

outro teste muito significativo em ser realizado em se tratando de mistura SMA é o

de escorrimento. O teste de escorrimento do ligante é geralmente feito através do

método de Schellenberg, que também pode ser designado como método do copo,

que consiste em se avaliar a percentagem do ligante escorrido da mistura

(MIRANDA et al., 2010).

A Tabela 3 mostra alguns parâmetros de projeto a serem obrigatoriamente

seguidos quando se trata de misturas asfálticas tipo SMA.

Tabela 3 – Parâmetros para Projeto SMA

Características Método de Ensaio Parâmetros

% de Vazios Totais (50 golpes) - 4

Vaziosdo Agregado Mineral -

VAM (%)- Maior ou igual a 17

Porcentagem de Fibras de

Celulose- 0,3 a 1,5

Escorrimento na

Temperatura de Usinagem,

máximo, %

ASTM D 6390 ou

AASHTO T 305 ou

"Ensaio de

Schellenberg"

0,3

Resistência à Tração por

Compressão Diametral Estática

a 250C, mínima, MPa

NBR 15087 0,6

Fonte: DER-SP / especificações técnicas (2007, p.7)

Com a ideia de se construir pavimentos mais resistentes e mais confortáveis

opta-se pelo SMA, porém a utilização de aditivos estabilizadores da mistura como

fibras de celulose elevam o custo da mistura, considerando que a maioria das fibras

incorporadas à mistura são importadas o que torna o custo do SMA elevado em

relação ao CAUQ convencional.

Pensando em diminuir custos surge a ideia de se substituir o asfalto

modificado por polímero (que possuí preço superior ao asfalto borracha) e as fibras

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de celulose, pelo asfalto borracha uma vez que este apresenta viscosidade superior

ao asfalto modificado por polímero.

4.3.1 Misturas SMA com Asfalto-borracha

A Associação de Pesquisa e Ensino em Transportes ANPET (2009) retratou

de um assunto um tanto quanto ambiental, em que ao mesmo tempo em que ocorre

o crescimento da frota de veículos, cresce também o número de pneus descartados.

Este tipo de resíduo é bastante problemático do ponto de vista ambiental, o que

significa a busca de soluções para a sua disposição final. Os objetivos da adição de

borracha de pneus em ligantes asfálticos são minimizar o problema da disposição de

pneus usados e melhorar o desempenho dos pavimentos mediante aumento da

rigidez a elevadas temperaturas (reduzindo a deformação permanente nas trilhas de

roda) e aumento da flexibilidade (retardando o aparecimento de trincas), tanto

quanto ao asfalto modificado por polímero.

A questão é saber quais as melhorias que o ligante asfalto-borracha pode

proporcionar na mistura SMA em relação ao comportamento de escorrimento do

ligante da mistura, pois testes de resistência à compressão indicam que é mais

benéfico quando se adiciona este ligante. Segundo Neves Filho (2011), a inibição do

escorrimento do ligante vem sendo muito bem controlado com fibras de celulose,

porém estudos revelam que a adição do asfalto-borracha na mistura também traz

ótimos resultados.

A revista minerva publicou um artigo na área de engenharia, que observou o

primeiro trecho experimental urbano de SMA com asfalto-borracha sem fibras

estabilizadoras em dezembro de 2004 na cidade de Salvador, Bahia. O estudo

revelou que o revestimento com asfalto-borracha conferiu ganhos de atrito e

drenabilidade superficial, garantindo, além disso, boa visibilidade e redução da

aquaplanagem em dias de chuva, tornando o pavimento mais seguro e confortável.

Constatou-se também, que há uma melhora indiscutível no processo de manter uma

grande plasticidade em relação ao ligante, ou seja, de não deixar que o ligante

escorra de junto dos agregados.

As informações variam um pouco de uma fonte para outra, mas todas

confirmam que, mesmo mais caro que a mistura asfáltica convencional, a mistura

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SMA com ligante asfalto-borracha é mais resistente e compensa o custo superior.

Em uma entrevista cedida a revista meio ambiente, o diretor-superintendente da

Ecovias, João Lúcio Donnard, diz que a mistura asfáltica tipo SMA com ligante

modificado com borracha de pneus é 30% mais caro e 40% mais resistente do que o

convencional. Tanto que a Ecovias pretende chegar a 2015 com todo o sistema

formado pelas rodovias Anchieta e Imigrantes pavimentado com o novo produto.

O gerente de negócio da Greca Asfaltos, Paulo da Fonseca, revela que

alguns estudos mostram que o pavimento elaborado com asfalto modificado por

borracha pode durar até 5,5 vezes mais do que o pavimento executado com ligante

asfáltico comum. Já o superintendente da usina de asfalto da prefeitura de São

Paulo, Valter Antônio da Rocha, calcula que a vida útil do asfalto-borracha é o dobro

da do comum.

A mistura de borracha no asfalto acabou movimentando toda a cadeia de

reciclagem de pneus. A Greca Asfaltos, por exemplo, que fornece o asfalto-borracha

para a Ecovias, está com planos ambiciosos de expansão. Está duplicando a

capacidade de suas três usinas de asfalto (no Rio Grande do Sul, Paraná e São

Paulo) e construindo outra em Minas Gerais. Segundo Fonseca, o asfalto-borracha

já representa 20% das vendas da empresa, que tem investido R$ 5 milhões.

O asfalto-borracha mostra-se como um promissor destino para os pneus

velhos, parte importante dos resíduos sólidos que poluem o ambiente. Estima-se que

cada quilômetro pavimentado com asfalto-borracha consuma, em média, 500 pneus.

Segundo Fonseca, da Greca, esse número pode chegar a mil.

4.3.2 Metodologia Marshall

O processo de dosagem das misturas asfálticas na metodologia Marshall é realizado

basicamente em quatro etapas.

Em primeiro momento (1º Etapa), se da a escolha e caracterização dos

materiais empregados (agregados, material de enchimento e ligantes asfálticos); em

segundo procedimento (2º Etapa) ocorre a determinação das percentagens com que

os diferente tipos de agregados devem contribuir na mistura de modo a atender as

especificações com relação a granulometria ; a etapa 3 (3º Etapa) ocorre a

determinação do teor ótimo de ligante, ou de uma faixa ótima, que pode ser feita por

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tentativas ou com o uso de fórmulas que fornecem o teor ótimo de ligante de uma

maneira aproximada, baseada na granulometria da mistura de agregados; por fim a

última etapa (4º Etapa) ocorre a comparação dos parâmetros físicos (granulometria,

estabilidade, fluência, relação betume - vazios, etc) da mistura com os valores

constantes nas especificações.

A estabilidade Marshall fornece uma indicação da capacidade da mistura de

resistir à deformação sob o efeito da aplicação de carga. A resistência oferecida pelo

corpo-de-prova à ruptura durante o ensaio representa a resistência ao cisalhamento

da mistura, onde o atrito é desenvolvido no arcabouço sólido formado pelos

agregados e a coesão é fornecida pelo ligante asfáltico. Já a fluência é definida

como sendo o deslocamento diametral total sofrido por um corpo-de-prova cilíndrico

da mistura da mistura asfáltica durante o ensaio Marshall (Dantas Netto, 2001).

Por muito tempo este dois parâmetros eram os mais importantes no processo

de dosagem, ou seja, na determinação do teor de ligante para uma mistura asfáltica.

Porém esses parâmetros apresentam algumas limitações, sendo uma das principais

críticas, o fato de que tanto a estabilidade, como a fluência serem parâmetros

empíricos que não representam o comportamento mecânico das misturas.

Devido a isto, os parâmetros volumétricos das misturas asfálticas no estado

compactado vêm se tornando parâmetros de fundamental importância no processo

de dosagem. Estes permitem dentre outras coisas, avaliar a eficiência do processo

de compactação e quantificar a quantidade de vazios existentes.

4.3.3 Características dos Asfaltos Modificados

Quando se deseja obter uma mistura asfáltica, alguns parâmetros devem ser

seguidos. Após a seleção dos agregados que devem atender características de

durabilidade, índice de forma, desgaste, adesividade, entre outras, é obtida uma

mistura de agregados em uma faixa granulométrica específica para cada tipo de

mistura a ser formulada. Para que a elaboração da mistura asfáltica seja bem

sucedida, a fim de atender os interesses do projeto a que se destinará, é de suma

importância a seleção do ligante asfáltico.

No caso dos asfaltos modificados algumas vantagens técnicas podem ser

atribuídas como, por exemplo, menor suscetibilidade à temperatura, melhor

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característica adesiva, maior resistência ao envelhecimento, elevação do ponto de

amolecimento e aumento da elasticidade.

Os asfaltos modificados por polímero apresentam uma viscosidade superior

aos asfaltos convencionais quando da atuação em elevadas temperaturas. Os

polímeros contribuem para redução das deformações visco-plásticas das misturas

asfálticas, pois elevam o ponto de amolecimento e reduzem a penetração do ligante

betuminoso.

Conforme citado anteriormente, em misturas asfálticas tipo SMA, geralmente

são utilizados os asfaltos modificados por polímero juntamente com aditivos

estabilizadores da mistura.

No SMA, o aditivo estabilizador (normalmente fibras de celulose), tem a

função de evitar a segregação da mistura e o escorrimento do ligante asfáltico, que

pode ocorrer devido à própria descontinuidade da estrutura granulométrica deste

tipo de mistura. A Figura 02 ilustra duas misturas SMA, i e ii, respectivamente sem e

com adição de fibras. Observa-se claramente o escorrimento do ligante asfáltico na

mistura i, formulada sem as fibras.

Figura 2 – Exemplo de SMA formulado sem e com adição de aditivos estabilizadores Fonte: http://www.sinicesp.org.br/materias/2013/bt03a.htm

No caso dos ligantes asfálticos modificados por borracha, a borracha de

pneus moída é adicionada ao ligante, modificando permanentemente suas

características, pois ocorre a transferência dos polímeros e da química dos pneus

que se traduzem em maior elasticidade e resistência ao envelhecimento do ligante.

A adição da borracha ao ligante é realizada a partir de um reator especial (Terminal

Blend) e também através de processos físico-químicos adequados, de forma a se

obter um ligante estável.

Cada ligante asfáltico possuí determinadas características próprias que se

enquadram dentro de uma especificação técnica que irá distinguí-los. As Tabelas 4 e

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5 apresentam, respectivamente as especificações técnicas dos asfaltos modificados

por polímero e dos asfaltos modificados por borracha.

Tabela 4 – Características do SMA 60/85

Fonte: ABEDA (Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto) Cimentos Asfálticos de Petróleo Modificados por Polímero Elastomérico Resolução n

o32 de 21 de setembro de 2010 da ANP Regulamento Técnico ANP n

o 04/2010.

Tabela 5 – Características dos Asfaltos Modificados por Borracha

Fonte: ABEDA (Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto) Cimentos Asfálticos de Petróleo Modificados por Borracha Moída de Pneu Industrializado, Tipo Terminal Blend Resolução nº39 de 24 de dezembro de 2008 da ANP – Regulamento Técnico ANP n

o05/2008.

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5 METODOLOGIA

Para elaboração deste trabalho, inicialmente foi realizada uma pesquisa

bibliográfica baseada em um histórico global sobre as rodovias pavimentadas e o

seu desenvolvimento com o passar dos anos. Foram abordadas as vantagens e

desvantagens da utilização de misturas asfálticas tipo SMA convencional. Observou-

se que, uma desvantagem se deve ao teor ótimo de ligante asfáltico, normalmente

mais elevado neste tipo de mistura, além da utilização dos aditivos estabilizadores

(fibras de celulose, geralmente importadas) o que tem impacto direto no custo do

SMA.

Diante deste panorama, optou-se na realização de um estudo comparativo

relacionado ao teor ótimo e ao escorrimento do ligante asfáltico entre duas misturas

tipo SMA, sendo uma elaborada de forma convencional, e outra elaborada com a

exclusão dos aditivos estabilizadores e adição do asfalto-borracha em substituição

ao asfalto modificado por polímero.

5.1 COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DA MISTURA DE AGREGADOS

Conforme já comentado anteriormente, para o projeto foram realizadas duas

misturas asfálticas com agregados da região de Campo Mourão, Paraná. Desta

forma, adotou-se a faixa granulométrica 0/11S alemã para as duas misturas em

função dos agregados disponíveis melhor se enquadrarem na referida faixa. Os

agregados foram extraídos da Pedreira Casali, Campo Mourão. A seguir foram

realizados os ensaios de granulometria para posteriormente se proceder a

elaboração da mistura de agregados. A Tabela 06 mostra granulometria dos

agregados. A seguir a Tabela 07 apresenta os limites da faixa granulométrica 011/S,

juntamente com a mistura de agregados elaborada para o projeto e sua faixa de

trabalho.

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Tabela 6 – Granulometria dos Agregados

Peneiras Materiais

Brita 1/2" Pedrisco 3/8" Pó de pedra Cal CH-1

1/2" 99,30 100,00 100,00 100,00

5/16" 10,00 81,40 100,00 100,00

nº4 1,90 18,40 99,90 100,00

nº10 1,90 2,80 71,30 100,00

nº200 1,80 0,80 17,80 95,00

Fonte: Autoria própria

Tabela 7 – Mistura de Agregados

SMA

Peneiras Faixa 011/S Alemã Mistura Elaborada Faixa de Trabalho

1/2" 90 -100 99,7 94,7 – 100,0

5/16" 45 – 60 56,7 51,7 – 60,0

Nº 4 30 - 40 37,4 32,4 – 40,0

Nº 10 20 – 27 24,9 20,0 – 27,0

Nº 200 7 – 12 8,2 7,0 – 10,2

Fonte: Autoria própria

A seguir, a Tabela 8 indica a percentagem de cada material utilizado na

mistura de agregados. Verifica-se a adição de 2,0% de cal CH-I na mistura para que

a mesma se enquadrasse na faixa granulométrica 0/11S.

Tabela 8 – Percentagem de Materiais Utilizados na Formulação da Mistura

Agregados Percentagens Procedência Natureza

Brita 1/2" 43,0% Pedreira Casali Basalto

Pedrisco 3/8" 25,0% Pedreira Casali Basalto

Pó de Pedra 30,0% Pedreira Casali Basalto

Cal 2,0% Pedreira Casali CH-1

Total 100% ---- ----

Fonte: Autoria própria

O gráfico a seguir mostra a curva granulométrica da mistura de agregados

empregada no SMA a ser executado.

No caso da mistura SMA convencional utilizou-se 0,3% em peso de fibras de

celulose da marca Viatop JRS Rettemmaier.

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30

Gráfico 3 – Mistura de Agregados - Faixa Granulométrica Alemã 0/11S

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,10 1,00 10,00 100,00

% p

as

sa

ac

um

ula

do

Abertura das peneiras em mm

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

SMA Faixa 0/11S Alemã

Mistura

Faixa de trabalho

Fonte: Autoria própria

Após a confecção da mistura de agregados, de forma a enquadrá-los na faixa

desejada procedeu-se a fase dos ensaios programados. Inicialmente foi executada a

Metodologia Marshall e de posse do teor ótimo de ligante para as misturas realizou-

se o ensaio do escorrimento do ligante asfáltico pelo Método de Schellenberg. Os

ensaios foram realizados no laboratório de solos e materiais betuminosos da

Empresa Casali, com auxílio e supervisão dos laboratoristas da empresa.

5.1.1 Densidade dos Agregados

Inicialmente foram realizados os ensaios para a determinação das densidades

dos agregados, pois estes interferem diretamente nos resultados das porcentagens

dos vazios da mistura, que por sua vez, é o principal indicador do teor ótimo da

mistura.

Inicialmente a brita ½” e o pedrisco 3/8”, foram deixados imersos em água,

durante um período de 24 horas. Posteriormente esses materiais foram retirados da

água, submetidos a uma secagem superficial e levados a balança para serem

pesados.

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31

O segundo passo foi a pesagem do material imerso, como indica a Fotografia

2.

Fotografia 2 – Pesagem da Amostra Imersa em Água Fonte: Autoria própria

Com os dois pesos anotados os materiais foram levados à estufa, onde

ficaram em repouso por 24 horas. Após este período foram novamente pesados ao

ar. Com todos estes dados em mãos foram realizados os cálculos e definidas as

densidades.

No caso do pó de pedra o ensaio é realizado através de um picnômetro.

Pesou-se uma amostra de aproximadamente 200 gramas de pó de pedra sendo a

mesma inserida no picnômetro. Em seguida adicionou-se água destilada até cobrir a

amostra. O conjunto picnômetro + água + amostra foi aquecido por 15 minutos de

com o objetivo de se retirar as bolhas de ar existentes. Por fim, adicionou-se água

destilada no interior picnômetro até a medida de aferição sendo o mesmo levado a

balança tendo seu peso anotado.

Numa segunda etapa, completou-se o picnômetro somente com água

destilada sendo o mesmo levado à balança onde foi anotado seu peso. Com esses

dados foram realizados os cálculos para se chegar à densidade do agregado.

5.2 METODOLOGIA MARSHALL

Após a determinação do traço, procedeu-se a mistura de agregados

conforme as porcentagens de cada material (Tabela 8). A seguir pesou-se uma

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32

amostra de 1.200 g da mistura sendo os agregados deixados em estufa a 110oC por

um período de 24 h, até a constância de massa.

Fotografia 3 – Misturas dos Agregados na Estufa Fonte: Autoria própria

O passo seguinte foi aquecer o ligante asfáltico e as amostras de agregados

até a temperatura ideal indicada pela especificação do produto que está indicada

nos apêndices A e B.

Para este estudo empregou-se o Asfalto Modificado por Polímero 60/85-E e o

Asfalto Modificado por Borracha AB8. As amostras procedentes do Grupo Grecca

Asfaltos, foram fornecidas pelo laboratório da Viapar – Rodovias Integradas do

Paraná S.A. A metodologia de ensaio empregada foi a mesma para as duas

misturas estudadas, diferindo apenas as temperaturas de aquecimento do ligante e

dos agregados.

No caso do asfalto modificado por polímero, a temperatura de aquecimento

do ligante foi de 165ºC, e dos agregados de 175ºC, chegando ao ponto de

compactação em 147ºC. No caso do asfalto-borracha a temperatura de aquecimento

foi de 170ºC, e dos agregados 180ºC, chegando ao ponto de compactação dos

corpos-de-prova em 165ºC. A Fotografia 05 mostra a etapa de mistura dos ligantes e

dos agregados em um ponto de mistura.

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33

Fotografia 4 – Processo de Mistura Manual do Ligante Asfáltico com os Agregados Fonte: Autoria própria

A mistura foi realizada sobre uma balança para seguir o teor de ligante

asfáltico em cada ponto. Foram preparados 04 corpos-de-prova para cada teor, ou

seja, 16 corpos de prova para cada mistura estudada (SMA convencional e SMA

com asfalto-borracha). Os teores de ligante utilizados na moldagem dos corpos de

prova foram 5,0, 5,5, 6,0 e 6,5%.

Após a mistura, procedeu-se à moldagem dos corpos-de-prova aplicando-se

na compactação manual 50 golpes por face de cada unidade, conforme a

especificação para misturas SMA.

Fotografia 5 – Compactação dos Corpos-de-prova Fonte: Autoria própria

Após compactação, separou-se 01 corpo-de-prova de cada mistura e de cada teor

de ligante para o teste de Resistência à Tração por Compressão Diametral, sendo

que o restante utilizado para as determinações dos demais parâmetros segundo a

Metodologia Marshall.

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34

Após resfriamento os corpos-de-prova foram desmoldados com auxílio de um

macaco hidráulico sendo executadas suas medidas e pesagens para determinação

das densidades e demais parâmetros Marshall. Foram executadas duas pesagens

para os corpos-de-prova, sendo uma ao ar e outra hidrostática. No caso da

Estabilidade e Fluência, os corpos-de-prova ficaram em “banho-maria”, em uma

temperatura constante de 60ºC por um período de 30 minutos. Para a Tração por

Compressão Diametral os corpos-de-prova ficaram em “banho-maria” a 25ºC por

duas horas. As Fotografias 6, 7 e 8 ilustram respectivamente a desmoldagem dos

corpos-de-prova, os corpos-de-prova em “banho maria”, e a determinação da

Estabilidade e Fluência dos mesmos.

Fotografia 6 – Retirada dos Corpos-de-prova dos Moldes Fonte: Autoria própria

Fotografia 7 – Corpos-de-prova em “banho-maria” Fonte: Autoria própria

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35

Fotografia 8 – Determinação da Estabilidade e Fluência Marshall Fonte: Autoria própria

Fotografia 9 – Rompimento dos Corpos-de-prova (Tração por Compressão Diametral) Fonte: Autoria própria

Os dados das pesagens e medidas executadas, bem como os resultados

dos ensaios de Estabilidade, Fluência e Resistência a Tração por Compressão

Diametral foram cuidadosamente anotados para os devidos cálculos a serem

apresentados no item 06 desde trabalho.

5.3 TESTE DE SCHELEMBERG

Este teste, também realizado para os dois tipos de mistura (com asfalto-

polímero e com asfalto-borracha), serve para avaliar o escorrimento do ligante

asfáltico em misturas SMA.

Neste trabalho, primeiramente preparou as duas misturas SMA cada uma no

seu respectivo teor ótimo de ligante, ou seja, teor de 6,1% de ligante para a mistura

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SMA convencional (asfalto-polímero, agregados, fíler e fibras de celulose) e teor de

6,3% para o SMA elaborado com asfalto-borracha. É importante lembrar que as

temperaturas de mistura dos ligantes asfálticos com os agregados foram

respeitadas.

Os passos descritos a seguir foram realizados para as duas amostras, uma

de cada vez.

Inicialmente, foi adicionado 1,0 Kg de mistura asfáltica no interior do béquer.

A mistura foi levada à estufa, onde permaneceu por 1 hora em temperatura de

170ºC. Após este período, a amostra foi descartada, e o béquer contendo resíduos

do ligante foi novamente pesado. As Fotografias 10, 11 e 12 mostram os passos do

ensaio.

Fotografia 10 – Pesagem da Mistura Fonte: Autoria própria

Fotografia 11 – Béquer contendo a Mistura na Estufa Fonte: Autoria própria

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37

Fotografia 12 – esvaziamento do béquer Fonte: Autoria própria

Com as massas definidas, foi determinada a porcentagem de ligante

asfáltico que ficou retido no béquer e assim avaliado se a mistura se enquadrou

dentro dos limites especificados por norma.

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38

6 RESULTADOS

6.1 RESULTADOS DA METODOLOGIA MARSHALL

A seguir serão apresentados através de quadros e gráficos os resultados da

Metodologia Marshall, para mistura SMA efetuada com ligante asfáltico modificado

por polímero e para a mistura SMA elaborada com ligante asfáltico modificado por

borracha.

6.1.1 MISTURA SMA ELABORADA COM ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO 60/85-E

A Tabela 09 a seguir mostra os resultados encontrados para a mistura

efetuada com asfalto modificado por polímero 60/85-E segundo a Metodologia

Marshall.

A partir dos resultados obtidos nos ensaios para os quatro corpos-de-prova

calculou-se a densidade aparente, o volume de vazios, os vazios cheios de betume,

os vazios de agregado mineral e a relação betume-vazios. A estabilidade e a

fluência foram determinadas para três corpos-de-prova conforme determina a norma.

A resistência à tração foi efetuada apenas para um corpo-de-prova em função da

pouca quantidade de ligante disponível para se moldar mais corpos-de-prova.

Para cada teor determinou-se as médias dos parâmetros Marshall e foram

traçados os seus respectivos gráficos. O teor ótimo de ligante, neste caso 6,1%, foi

obtido em função do volume de vazios igual a 4,0%.

A densidade deste ligante asfáltico, também importante para os cálculos é de

1,009.

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39

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018,0

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39

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78

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55

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6,0

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38

2,6

32

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916,4

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21,0

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5-

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O gráfico a seguir ilustra a relação de volume de vazios da mistura pelo teor

de asfalto. Conforme mencionado anteriormente, este gráfico indica o teor ótimo de

ligante para esta mistura. Pela especificação (Tabela 03) observa-se que a

porcentagem de vazios (volume de vazios) deve ser 4% o que implica em um teor

ótimo de asfalto de 6,1 %, para este caso.

Gráfico 4 – Teor de ligante x Volume de Vazios – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

A partir do teor de ligante de 6,1% foram determinados os demais parâmetros

(Gráficos 5, 6, 7, 8, 9 e 10).

Gráfico 5 – Teor de ligante x Densidade Aparente – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

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Gráfico 6 – Teor de ligante x R.B.V. – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

Gráfico 7 – Teor de ligante x V.A.M. – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

Gráfico 8 – Teor de ligante x Estabilidade – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

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42

Gráfico 9 – Teor de ligante x Fluência – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

Gráfico 10 – Teor de ligante x Resistência à Tração – AMP 60/85E

Fonte: Autoria própria

Os demais parâmetros, que foram obtidos a partir dos gráficos de 05 a 10 em função

do teor de 6,1% de ligante asfáltico são apresentados na Tabela 10.

Tabela 10 – Parâmetros obtidos para a Mistura SMA efetuada com Asfalto Modificado por

Polímero

6,1 % 6,1%

V.v. (%) 4,0

R.B.V. (%) 79,5

V.A.M. (%) 19,5

Dens. Aparente 2,547

Tração (kgf/cm²) 8,3

Estabilidade (kgf) 1014,4

Fluência (mm) 3,9

Teor ótimo de AMP 60/85 E:

Características da Mistura SMA com Asfalto Modificado por Polímero

Fonte: Autoria própria

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43

6.1.2 MISTURA SMA ELABORADA COM ASFALTO MODIFICADO POR BORRACHA AB8

A Tabela 11 mostra os resultados encontrados para a mistura efetuada com

asfalto modificado por borracha AB8 segundo a Metodologia Marshall.

Assim como para a mistura efetuada com asfalto modificado por polímero,

neste caso, a partir dos resultados obtidos nos ensaios para os quatro corpos-de-

prova calcularam-se as densidades aparentes, o volume de vazios, os vazios cheios

de betume, os vazios de agregado mineral e a relação betume-vazios. A estabilidade

e a fluência foram determinadas para três corpos-de-prova conforme determina a

norma. A resistência à tração foi efetuada apenas para um corpo-de-prova em

função da pouca quantidade de ligante disponível para se moldar mais corpos-de-

prova.

Para cada teor determinou-se as médias dos parâmetros Marshall e foram

traçados os seus respectivos gráficos. O teor ótimo de ligante, neste caso 6,3%, foi

obtido em função do volume de vazios igual a 4,0%.

A densidade deste ligante asfáltico, também importante para os cálculos é de 1,040.

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44

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11,1

11473,3

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54

2,6

68

4,2

915,3

219,6

178,1

21055,1

51,0

91150,1

13,5

9-

6,0

01248,9

762,9

486,0

02,5

70

2,6

68

3,6

815,4

219,1

080,7

2-

--

-8,5

0

dia

2,5

57

2,6

68

4,1

815,3

419,5

278,6

01055,2

91,0

91150,1

23,6

08,5

0

6,5

01258,2

765,0

493,2

02,5

51

2,6

46

3,5

916,5

820,1

782,2

2968,3

21,1

01065,1

54,4

0-

6,5

01265,8

772,5

493,3

02,5

66

2,6

46

3,0

216,6

819,7

084,6

5946,5

61,0

91031,7

54,1

5-

6,5

01234,9

748,2

486,7

02,5

37

2,6

46

4,1

116,4

920,6

080,0

6961,8

51,0

91048,4

24,3

1-

6,5

01239,7

749,4

490,3

02,5

28

2,6

46

4,4

416,4

320,8

878,7

2-

--

7,3

0

dia

2,5

46

2,6

46

3,7

916,5

520,3

481,4

11,0

91048,4

44,2

97,3

0

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g/c

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B8)

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O gráfico a seguir ilustra a relação de volume de vazios da mistura pelo teor

de asfalto. Para a porcentagem de vazios (volume de vazios) igual a 4% tem-se para

esta mistura um teor ótimo de asfalto de 6,3 %.

Gráfico 11 – Teor de ligante x Volume de Vazios – Asfalto Borracha AB8

Fonte: Autoria própria

A partir do teor de ligante de 6,3% foram determinados os demais parâmetros

(Gráficos 12, 13, 14, 15, 16 e 17).

Gráfico 12 – Teor de ligante x Densidade Aparente – Asfalto Borracha AB8

Fonte: Autoria própria

Gráfico 13 – Teor de ligante x R.B.V. – Asfalto Borracha AB8

Fonte: Autoria própria

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Gráfico 14 – Teor de ligante x V.A.M. – Asfalto Borracha AB8

Fonte: Autoria própria

Gráfico 15 – Teor de ligante x Estabilidade – Asfalto Borracha AB8

Fonte: Autoria própria

Gráfico 16 – Teor de ligante x Fluência – Asfalto Borracha AB8

Fonte: Autoria própria

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Gráfico 17 – Teor de ligante x Resistência à Tração – Asfalto Borracha

Fonte: Autoria própria

Os demais parâmetros, que foram obtidos a partir dos gráficos de 12 a 17 em

função do teor de 6,3% de ligante asfáltico são apresentados na Tabela 12.

Tabela 12 – Parâmetros obtidos para a Mistura SMA efetuada com Asfalto Modificado por

Borracha

6,3 6,3%

V.v. (%) 4,0

R.B.V. (%) 80,2

V.A.M. (%) 20,1

Dens. Aparente 2,552

Tração (kgf/cm²) 7,9

Estabilidade (kgf) 1091,3

Fluência (mm) 3,8

Teor ótimo de Asfalto Borracha AB8:

Características da Mistura SMA com Asfalto Modificado por Borracha

Fonte: Autoria própria

6.2 RESULTADOS DA METODOLOGIA DE SCHELLEMBERG

Como já comentado anteriormente, a Metodologia de Schellenberg ou

Método do Copo designado pela norma européia EN 12697-18 serve para avaliar o

escorrimento do ligante asfáltico em misturas descontínuas.

Para evitar o escorrimento do ligante é comum a utilização de atidivos

estabilizantes como as fibras de celulose. Neste trabalho o teste foi realizado para as

duas misturas.

A norma do DER-SP ET-DE-P00/031, indica que para o ligante asfáltico

apresentar um bom desempenho quanto ao escorrimento, o resultado do teste deve

ser inferior a 0,2%, ou seja, no ensaio apenas deve permanecer aderido ao béquer

uma quantidade de ligante menor que 0,2% em relação ao peso total da mistura

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ensaiada, neste caso 1000 g. Entre 0,2% e 0,3%, o ligante apresenta um índice

aceitável e maior que 0,3% o ligante apresenta um mau desempenho.

A Tabela 12 apresenta os resultados do Teste de Schellenberg executado para as

duas misturas estudadas neste trabalho.

Tabela 13 – Resultados dos Ensaios de Schellenberg

Mistura Ensaiada Resultado do Teste (%)

SMA com AMP e Aditivo Estabilizador do Ligante Asfáltico 0,21

SMA com Asfalto-borracha e sem Aditivo Estabilizador do Ligante Asfáltico 0,19

Fonte: Autoria própria

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7 CONCLUSÃO

Segundo o estudo realizado neste trabalho, o asfalto SMA, apresenta uma

opção viável de pavimentação. Apesar de seu custo um pouco elevado em

comparação ao asfalto convencional (CBUQ), ele apresenta características que o

torna satisfatório, como à diminuição da sua espessura e um tempo maior para

reformas de manutenção.

Os testes realizados mostraram que os agregados da região de Campo

Mourão-PR, apresentaram boas características para o desenvolvimento de misturas

asfálticas tipo SMA, visto que, se encaixaram perfeitamente dentro dos padrões

exigidos pela faixa granulométrica alemã 011/S, e apresentaram densidades que

permitiram um bom resultado para os vazios da mistura.

Em relação à Metodologia Marshall, as duas misturas de SMA apresentaram

bons resultados, ou seja, além de preencher os requisitos exigidos por normas

técnicas, ambas as misturas apresentam resultados satisfatórios quanto ao teor de

ligante. Para um volume de vazios igual a 4%, o teor de CAP utilizado para as

misturas apresentou uma pequena diferença. Para a mistura composta por asfalto

modificado por polímero o teor ótimo de ligante encontrado foi de 6,1% enquanto

que para a mistura efetuada com asfalto borracha o teor ficou em 6,3%. Este

resultado já era esperado uma vez que o asfalto-borracha apresenta viscosidade

superior ao asfalto modificado por polímero.

A Metodologia de Schellenberg revelou que, o SMA modificado por

polímeros apresenta um desempenho aceitável por norma, entre 0,2% e 0,3%,

ficando com 0,21% de ligante retido no béquer. Já o SMA modificado com borracha

apresentou um resultado ainda mais satisfatório, por norma menor que 0,2%

apresenta um bom desempenho, assim ficando com 0,19% de ligante retido.

Este resultado indica que tecnicamente, em relação ao escorrimento do

ligante, é possível excluir o aditivo estabilizador, no caso a fibra de celulose, e o

asfalto modificado por polímero e incluir o asfalto-borracha. Por um lado pode-se

aumentar o gasto com o teor, porém pode-se diminuir no custo final da mistura em

função da retirada do estabilizador do ligante asfáltico.

Por fim, com a utilização dos agregados da região de Campo Mourão-PR,

pode-se obter uma mistura de SMA de boa qualidade, tanto para o asfalto

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modificado por polímeros e fibras de celulose, quanto para a mistura efetuada com

asfalto-borracha.

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REFERÊNCIAS

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MIRANDA, Henrique; Análise comparativa de métodos de ensaio para avaliação do

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norma europeia EN 12697-18, 2010, Lisboa, Portugal. Disponível em:

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APÊNDICE A - Características do CAP Modificado por Polímero 60/85 E

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APÊNDICE B - Características do CAP Borracha AB8

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APÊNDICE C – Características dos Agregados

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